stringtranslate.com

Космические лучи

Космический поток против энергии частиц в верхних слоях атмосферы Земли
Левое изображение: космический мюон, проходящий через камеру Вильсона, рассеивается на небольшой угол в средней металлической пластине и покидает камеру. Правое изображение: космический мюон, теряющий значительную энергию после прохождения через пластину, на что указывает увеличенная кривизна трека в магнитном поле.

Космические лучи или астрочастицы — это высокоэнергетические частицы или скопления частиц (в основном представленные протонами или атомными ядрами ), которые движутся в пространстве со скоростью, близкой к скорости света . Они исходят от Солнца , из-за пределов Солнечной системы в нашей собственной галактике [1] и из далеких галактик. [2] При столкновении с атмосферой Земли космические лучи производят ливни вторичных частиц , некоторые из которых достигают поверхности , хотя основная часть отклоняется в космос магнитосферой или гелиосферой .

Космические лучи были открыты Виктором Гессом в 1912 году в ходе экспериментов с воздушными шарами, за что он был удостоен Нобелевской премии по физике 1936 года . [3]

Прямое измерение космических лучей, особенно при более низких энергиях, стало возможным с момента запуска первых спутников в конце 1950-х годов. Детекторы частиц, подобные тем, которые используются в ядерной и высокоэнергетической физике, используются на спутниках и космических зондах для исследования космических лучей. [4] Данные с космического телескопа Ферми (2013) [5] были интерпретированы как доказательство того, что значительная часть первичных космических лучей возникает в результате взрывов сверхновых звезд. [6] [ необходим лучший источник ] На основании наблюдений нейтрино и гамма-лучей от блазара TXS 0506+056 в 2018 году активные ядра галактик также, по-видимому, производят космические лучи. [7] [8]

Этимология

Термин «луч» (как в оптическом луче ), по-видимому, возник из первоначального убеждения, что космические лучи в основном являются электромагнитным излучением , ввиду их проникающей способности . [9] Тем не менее, после более широкого признания космических лучей как различных высокоэнергетических частиц с собственной массой , термин «лучи» по-прежнему соответствовал известным тогда частицам, таким как катодные лучи , канальные лучи , альфа-лучи и бета-лучи . Между тем, фотоны «космических» лучей , которые являются квантами электромагнитного излучения (и поэтому не имеют собственной массы), известны под своими общими названиями, такими как гамма-лучи или рентгеновские лучи , в зависимости от энергии их фотонов .

Состав

Из первичных космических лучей, которые возникают за пределами атмосферы Земли, около 99% являются голыми ядрами обычных атомов (лишенными своих электронных оболочек), и около 1% являются одиночными электронами (то есть одним типом бета-частиц ). Из ядер около 90% являются простыми протонами (то есть ядрами водорода); 9% являются альфа-частицами , идентичными ядрам гелия; и 1% являются ядрами более тяжелых элементов, называемыми ионами HZE . [10] Эти фракции сильно различаются в диапазоне энергий космических лучей. [11] Очень малая фракция является стабильными частицами антиматерии , такими как позитроны или антипротоны . Точная природа этой оставшейся фракции является областью активных исследований. Активный поиск с орбиты Земли анти-альфа-частиц по состоянию на 2019 год [12] не дал однозначных доказательств.

При столкновении с атмосферой космические лучи яростно разрывают атомы на другие частицы материи, производя большое количество пионов и мюонов (образующихся при распаде заряженных пионов, которые имеют короткий период полураспада), а также нейтрино. [13] Нейтронный состав каскада частиц увеличивается на более низких высотах , достигая от 40% до 80% излучения на высотах полета самолета. [14]

Из вторичных космических лучей заряженные пионы, произведенные первичными космическими лучами в атмосфере, быстро распадаются, испуская мюоны. В отличие от пионов, эти мюоны не сильно взаимодействуют с веществом и могут путешествовать через атмосферу, проникая даже под уровень земли. Скорость прибытия мюонов на поверхность Земли такова, что примерно один в секунду проходит через объем размером с голову человека. [15] Вместе с естественной локальной радиоактивностью эти мюоны являются существенной причиной ионизации атмосферы на уровне земли, которая впервые привлекла внимание ученых, что привело к последующему открытию первичных космических лучей, прибывающих из-за пределов нашей атмосферы.

Энергия

Космические лучи вызывают большой интерес с практической точки зрения, поскольку они наносят ущерб микроэлектронике и жизни вне защиты атмосферы и магнитного поля, а также с научной точки зрения, поскольку было обнаружено, что энергия наиболее энергичных сверхвысокоэнергетических космических лучей приближается к 3 × 1020 эВ [16](Это немного больше, чем в 21 миллион раз проектной энергии частиц, ускоренных Большимадронным коллайдером, 14тераэлектронвольт[ТэВ] (1,4×1013 эВ).[17]) Можно показать, что такие огромные энергии могут быть достигнуты с помощьюцентробежного механизма ускорениявактивных галактических ядрах. При 50джоулях[Дж] (3,1×1011 ГэВ)[18]космические лучи сверхвысокой энергии с самой высокой энергией (такие какчастица OMG,зарегистрированная в 1991 году) имеют энергию, сравнимую с кинетической энергией бейсбольного мяча, летящего со скоростью 90километров в час[км/ч] (56 миль в час). В результате этих открытий возник интерес к исследованию космических лучей с еще большими энергиями.[19]Однако большинство космических лучей не обладают такими экстремальными энергиями; пик распределения энергии космических лучей приходится на 300мегаэлектронвольт(4,8×10−11Дж).[20] 

История

После открытия радиоактивности Анри Беккерелем в 1896 году, считалось, что атмосферное электричество, ионизация воздуха , вызывается только излучением радиоактивных элементов в земле или радиоактивных газов или изотопов радона , которые они производят. [21] Измерения увеличения скорости ионизации с увеличением высоты над землей в течение десятилетия с 1900 по 1910 год можно было объяснить поглощением ионизирующего излучения промежуточным воздухом. [22]

Открытие

Пачини проводит измерения в 1910 году.

В 1909 году Теодор Вульф разработал электрометр , устройство для измерения скорости производства ионов внутри герметично закрытого контейнера, и использовал его, чтобы показать более высокие уровни радиации на вершине Эйфелевой башни , чем у ее основания. [23] Однако его статья, опубликованная в Physikalische Zeitschrift, не получила широкого признания. В 1911 году Доменико Пачини наблюдал одновременные изменения скорости ионизации над озером, над морем и на глубине 3 метров от поверхности. Пачини сделал вывод из уменьшения радиоактивности под водой, что определенная часть ионизации должна быть вызвана источниками, отличными от радиоактивности Земли. [24]

В 1912 году Виктор Гесс поднял три электрометра Вульфа повышенной точности [3] на высоту 5300 метров в свободном полете на воздушном шаре. Он обнаружил, что скорость ионизации увеличилась примерно в четыре раза по сравнению со скоростью на уровне земли. [3] Гесс исключил Солнце как источник излучения, совершив подъем на воздушном шаре во время почти полного затмения. Поскольку Луна блокировала большую часть видимого излучения Солнца, Гесс все еще измерял восходящее излучение на восходящих высотах. [3] Он пришел к выводу, что «Результаты наблюдений, по-видимому, наиболее вероятно объясняются предположением, что излучение с очень высокой проникающей способностью входит сверху в нашу атмосферу». [25] В 1913–1914 годах Вернер Кольхерстер подтвердил более ранние результаты Виктора Гесса, измерив повышенную скорость энтальпии ионизации на высоте 9 км. [26] [27]

Увеличение ионизации с высотой, измеренное Гессом в 1912 году (слева) и Кольхёрстером (справа)

За свое открытие Гесс получил Нобелевскую премию по физике в 1936 году. [28] [29]

Гесс приземляется после полета на воздушном шаре в 1912 году.

Идентификация

Бруно Росси писал в 1964 году:

В конце 1920-х и начале 1930-х годов техника саморегистрирующих электроскопов, переносимых на воздушных шарах в самые высокие слои атмосферы или погружаемых на большие глубины под воду, была доведена до беспрецедентной степени совершенства немецким физиком Эрихом Регенером и его группой. Этим ученым мы обязаны некоторыми из самых точных измерений ионизации космических лучей в зависимости от высоты и глубины. [30]

Эрнест Резерфорд заявил в 1931 году, что «благодаря прекрасным экспериментам профессора Милликена и еще более далеко идущим экспериментам профессора Регенера мы впервые получили кривую поглощения этих излучений в воде, на которую мы можем смело положиться» [31] .

В 1920-х годах термин «космические лучи» был придуман Робертом Милликеном , который проводил измерения ионизации, вызванной космическими лучами, от глубоко под водой до больших высот и по всему земному шару. Милликен считал, что его измерения доказали, что первичные космические лучи были гамма-лучами, т. е. энергичными фотонами. И он предложил теорию, согласно которой они были созданы в межзвездном пространстве как побочные продукты синтеза атомов водорода в более тяжелые элементы, и что вторичные электроны были созданы в атмосфере путем комптоновского рассеяния гамма-лучей. В 1927 году во время плавания из Явы в Нидерланды Якоб Клей нашел доказательства [32] , позже подтвержденные во многих экспериментах, что интенсивность космических лучей увеличивается от тропиков к средним широтам, что указывало на то, что первичные космические лучи отклоняются геомагнитным полем и, следовательно, должны быть заряженными частицами, а не фотонами. В 1929 году Боте и Кольхерстер открыли заряженные частицы космических лучей, которые могли проникать через 4,1 см золота. [33] Заряженные частицы такой высокой энергии не могли быть получены фотонами из предложенного Милликеном процесса межзвездного синтеза. [ необходима цитата ]

В 1930 году Бруно Росси предсказал разницу между интенсивностью космических лучей, прибывающих с востока и запада, которая зависит от заряда первичных частиц — так называемый «эффект восток-запад». [34] Три независимых эксперимента [35] [36] [37] обнаружили, что интенсивность, на самом деле, больше с запада, доказывая, что большинство первичных частиц являются положительными. В течение лет с 1930 по 1945 год широкий спектр исследований подтвердил, что первичные космические лучи в основном состоят из протонов, а вторичное излучение, производимое в атмосфере, в основном из электронов, фотонов и мюонов . В 1948 году наблюдения с ядерными эмульсиями, переносимыми на воздушных шарах в верхнюю часть атмосферы, показали, что приблизительно 10% первичных частиц являются ядрами гелия (альфа-частицы), а 1% — ядрами более тяжелых элементов, таких как углерод, железо и свинец. [38] [39]

Во время испытания своего оборудования для измерения эффекта восток-запад Росси заметил, что скорость почти одновременных разрядов двух далеко разнесенных счетчиков Гейгера была больше, чем ожидаемая случайная скорость. В своем отчете об эксперименте Росси написал: «... кажется, что время от времени регистрирующее оборудование поражается очень обширными ливнями частиц, что вызывает совпадения между счетчиками, даже размещенными на большом расстоянии друг от друга». [40] В 1937 году Пьер Оже , не зная о более раннем отчете Росси, обнаружил то же явление и исследовал его довольно подробно. Он пришел к выводу, что высокоэнергетические первичные частицы космических лучей взаимодействуют с ядрами воздуха высоко в атмосфере, инициируя каскад вторичных взаимодействий, которые в конечном итоге дают ливень электронов и фотонов, достигающих уровня земли. [41]

Советский физик Сергей Вернов был первым, кто использовал радиозонды для выполнения показаний космических лучей с помощью прибора, поднятого на большую высоту на воздушном шаре. 1 апреля 1935 года он провел измерения на высоте до 13,6 километров, используя пару счетчиков Гейгера в антисовпадающей схеме, чтобы избежать подсчета вторичных лучевых ливней. [42] [43]

Хоми Дж. Бхабха вывел выражение для вероятности рассеяния позитронов электронами, процесс, который теперь известен как рассеяние Бхабхи . Его классическая работа, совместно с Вальтером Гайтлером , опубликованная в 1937 году, описала, как первичные космические лучи из космоса взаимодействуют с верхней атмосферой, образуя частицы, наблюдаемые на уровне земли. Бхабха и Гайтлер объяснили образование ливня космических лучей каскадным образованием гамма-лучей и положительных и отрицательных электронных пар. [44] [45]

Распределение энергии

Измерения энергии и направлений прибытия сверхвысокоэнергетических первичных космических лучей с помощью методов выборки плотности и быстрого определения времени обширных атмосферных ливней были впервые проведены в 1954 году членами Группы космических лучей Росси в Массачусетском технологическом институте . [46] В эксперименте использовались одиннадцать сцинтилляционных детекторов, расположенных в круге диаметром 460 метров на территории станции Агассис обсерватории Гарвардского колледжа . Из этой работы и из многих других экспериментов, проведенных по всему миру, теперь известно, что энергетический спектр первичных космических лучей простирается за пределы 10 20  эВ. Огромный эксперимент с атмосферными ливнями, называемый проектом Оже, в настоящее время проводится на площадке в пампасах Аргентины международным консорциумом физиков. Проект был впервые возглавлен Джеймсом Кронином , лауреатом Нобелевской премии по физике 1980 года из Чикагского университета , и Аланом Уотсоном из Лидского университета , а позднее учеными международного сотрудничества Пьера Оже. Их цель — изучить свойства и направления прибытия первичных космических лучей с самой высокой энергией. [47] Ожидается, что результаты будут иметь важные последствия для физики элементарных частиц и космологии из-за теоретического предела Грейзена–Зацепина–Кузьмина для энергий космических лучей с больших расстояний (около 160 миллионов световых лет), который возникает выше 1020 эВ  из-за взаимодействия с остаточными фотонами от Большого взрыва , возникшего в результате возникновения Вселенной. В настоящее время обсерватория Пьера Оже проходит модернизацию с целью повышения ее точности и поиска доказательств еще не подтвержденного происхождения самых энергичных космических лучей.

Высокоэнергетические гамма-лучи (  фотоны >50 МэВ) были наконец обнаружены в первичном космическом излучении в ходе эксперимента Массачусетского технологического института, проведенного на спутнике OSO-3 в 1967 году. [48] Компоненты как галактического, так и внегалактического происхождения были отдельно идентифицированы при интенсивностях, намного меньших 1% первичных заряженных частиц. С тех пор многочисленные спутниковые гамма-обсерватории составили карту гамма-неба. Самой последней из них является обсерватория Ферми, которая создала карту, показывающую узкую полосу интенсивности гамма-излучения, создаваемого дискретными и диффузными источниками в нашей галактике, и многочисленные точечные внегалактические источники, распределенные по небесной сфере.

Модуляция

Солнечный цикл вызывает изменения в магнитном поле солнечного ветра, через который космические лучи распространяются к Земле. Это приводит к модуляции прибывающих потоков на более низких энергиях, что косвенно обнаруживается глобальной распределенной сетью нейтронных мониторов .

Источники

Ранние предположения об источниках космических лучей включали предложение Бааде и Цвикки 1934 года , предполагавшее, что космические лучи возникают из сверхновых. [49] Предложение Хораса В. Бабкока 1948 года предполагало, что магнитные переменные звезды могут быть источником космических лучей. [50] Впоследствии Секидо и др. (1951) определили Крабовидную туманность как источник космических лучей. [51] С тех пор стало появляться множество потенциальных источников космических лучей, включая сверхновые , активные ядра галактик, квазары и гамма-всплески . [52]

Источники ионизирующего излучения в межпланетном пространстве.

Более поздние эксперименты помогли определить источники космических лучей с большей уверенностью. В 2009 году доклад, представленный на Международной конференции по космическим лучам учеными из обсерватории Пьера Оже в Аргентине, показал сверхвысокоэнергетические космические лучи, исходящие из места на небе, очень близкого к радиогалактике Центавр А , хотя авторы специально заявили, что потребуются дальнейшие исследования, чтобы подтвердить, что Центавр А является источником космических лучей. [53] Однако не было обнаружено никакой корреляции между частотой гамма-всплесков и космическими лучами, в результате чего авторы установили верхние пределы всего лишь 3,4 × 10−6 × эрг  · см −2 для потока космических лучей 1 ГэВ – 1 ТэВ от гамма-всплесков. [54]

В 2009 году было заявлено, что сверхновые были «зафиксированы» как источник космических лучей, открытие, сделанное группой, использующей данные с Очень Большого Телескопа . [55] Однако этот анализ был оспорен в 2011 году данными PAMELA , которые показали, что «спектральные формы [ядер водорода и гелия] различны и не могут быть хорошо описаны одним степенным законом», что предполагает более сложный процесс формирования космических лучей. [56] Однако в феврале 2013 года исследование, анализирующее данные с Ферми , показало посредством наблюдения за нейтральным распадом пиона, что сверхновые действительно были источником космических лучей, причем каждый взрыв производил примерно 3 × 10 42 – 3 × 10 43 Дж космических лучей. [5] [6] 

Ускорение ударного фронта (теоретическая модель для сверхновых и активных ядер галактик): падающий протон ускоряется между двумя ударными фронтами до энергий высокоэнергетической компоненты космических лучей.

Однако сверхновые не производят все космические лучи, и доля космических лучей, которые они производят, является вопросом, на который невозможно ответить без более глубокого исследования. [57] Чтобы объяснить фактический процесс в сверхновых и активных галактических ядрах, который ускоряет отделенные атомы, физики используют ускорение ударного фронта в качестве аргумента правдоподобия (см. рисунок справа).

В 2017 году Коллаборация Пьера Оже опубликовала наблюдение слабой анизотропии в направлениях прибытия космических лучей с самой высокой энергией. [58] Поскольку Галактический центр находится в области дефицита, эта анизотропия может быть интерпретирована как доказательство внегалактического происхождения космических лучей с самой высокой энергией. Это подразумевает, что должна быть переходная энергия от галактических к внегалактическим источникам, и могут быть разные типы источников космических лучей, вносящих вклад в разные диапазоны энергии.

Типы

Космические лучи можно разделить на два типа:

Однако термин «космические лучи» часто используется для обозначения только внесолнечного потока.

Первичная космическая частица сталкивается с молекулой атмосферы, создавая атмосферный ливень.

Космические лучи возникают как первичные космические лучи, которые изначально производятся в различных астрофизических процессах. Первичные космические лучи состоят в основном из протонов и альфа-частиц (99%), с небольшим количеством более тяжелых ядер (≈1%) и чрезвычайно малой долей позитронов и антипротонов. [10] Вторичные космические лучи, вызванные распадом первичных космических лучей при их воздействии на атмосферу, включают фотоны, адроны и лептоны , такие как электроны , позитроны, мюоны и пионы . Последние три из них были впервые обнаружены в космических лучах.

Первичные космические лучи

Первичные космические лучи в основном возникают за пределами Солнечной системы , а иногда даже за пределами Млечного Пути . Когда они взаимодействуют с атмосферой Земли, они преобразуются во вторичные частицы. Массовое отношение ядер гелия к ядрам водорода, 28%, аналогично первичному элементному отношению распространенности этих элементов, 24%. [59] Оставшаяся часть состоит из других более тяжелых ядер, которые являются типичными конечными продуктами нуклеосинтеза, в первую очередь лития , бериллия и бора . Эти ядра появляются в космических лучах в большем количестве (≈1%), чем в солнечной атмосфере, где их всего около 10−3 ( по количеству), как гелия . Космические лучи, состоящие из заряженных ядер тяжелее гелия, называются ионами HZE . Из-за высокого заряда и тяжелой природы ионов HZE их вклад в дозу облучения астронавта в космосе значителен, хотя они относительно редки.

Эта разница в содержании является результатом способа, которым образуются вторичные космические лучи. Ядра углерода и кислорода сталкиваются с межзвездной материей, образуя литий , бериллий и бор , пример расщепления космических лучей . Расщепление также отвечает за содержание ионов скандия , титана , ванадия и марганца в космических лучах, образующихся при столкновениях ядер железа и никеля с межзвездной материей . [60]

При высоких энергиях состав меняется, и более тяжелые ядра имеют большую распространенность в некоторых диапазонах энергий. Текущие эксперименты направлены на более точные измерения состава при высоких энергиях.

Первичное антивещество космических лучей

Спутниковые эксперименты обнаружили доказательства наличия позитронов и нескольких антипротонов в первичных космических лучах, составляющих менее 1% частиц в первичных космических лучах. Они, по-видимому, не являются продуктами большого количества антиматерии от Большого взрыва или, по сути, сложной антиматерии во Вселенной. Скорее, они, по-видимому, состоят только из этих двух элементарных частиц, вновь созданных в энергетических процессах.

Предварительные результаты, полученные с работающего в настоящее время альфа-магнитного спектрометра ( AMS-02 ) на борту Международной космической станции, показывают, что позитроны в космических лучах прибывают без какой-либо направленности. В сентябре 2014 года новые результаты с почти вдвое большим объемом данных были представлены в докладе в ЦЕРНе и опубликованы в Physical Review Letters. [61] [62] Было сообщено о новом измерении доли позитронов до 500 ГэВ, показывающем, что доля позитронов достигает пика при максимуме около 16% от общего числа событий электрон+позитрон, около энергии 275 ± 32 ГэВ . При более высоких энергиях, до 500 ГэВ, отношение позитронов к электронам снова начинает падать. Абсолютный поток позитронов также начинает падать до 500 ГэВ, но достигает пика при энергиях, намного превышающих энергию электронов, которая достигает пика около 10 ГэВ. [63] Было высказано предположение, что эти результаты интерпретации обусловлены образованием позитронов в событиях аннигиляции массивных частиц темной материи . [64]

Антипротоны космических лучей также имеют гораздо более высокую среднюю энергию, чем их коллеги из обычной материи (протоны). Они прибывают на Землю с характерным максимумом энергии 2 ГэВ, что указывает на их производство в принципиально ином процессе, чем протоны космических лучей, которые в среднем имеют только одну шестую энергии. [65]

Нет никаких доказательств наличия сложных атомных ядер антиматерии, таких как ядра антигелия (т. е. антиальфа-частицы), в космических лучах. Их активно ищут. Прототип AMS -02 , обозначенный как AMS-01 , был запущен в космос на борту космического челнока Discovery на STS-91 в июне 1998 года. Не обнаружив никакого антигелия вообще, AMS-01 установил верхний предел 1,1 × 10−6 для отношения потоков антигелия к гелию . [66]

Луна в космических лучах

Вторичные космические лучи

Когда космические лучи попадают в атмосферу Земли , они сталкиваются с атомами и молекулами , в основном с кислородом и азотом. Взаимодействие производит каскад более легких частиц, так называемое вторичное излучение атмосферного ливня, которое выпадает дождем, включая рентгеновские лучи , протоны, альфа-частицы, пионы, мюоны, электроны, нейтрино и нейтроны . [68] Все вторичные частицы, образующиеся при столкновении, продолжают движение по траекториям в пределах примерно одного градуса от первоначальной траектории первичной частицы.

Типичные частицы, образующиеся в таких столкновениях, — это нейтроны и заряженные мезоны , такие как положительные или отрицательные пионы и каоны . Некоторые из них впоследствии распадаются на мюоны и нейтрино, которые способны достигать поверхности Земли. Некоторые мюоны высокой энергии даже проникают на некоторое расстояние в неглубокие шахты, а большинство нейтрино пересекают Землю без дальнейшего взаимодействия. Другие распадаются на фотоны, впоследствии производя электромагнитные каскады. Следовательно, рядом с фотонами, электроны и позитроны обычно доминируют в атмосферных ливнях. Эти частицы, а также мюоны, могут быть легко обнаружены многими типами детекторов частиц, такими как камеры Вильсона , пузырьковые камеры , водно-черенковские или сцинтилляционные детекторы. Наблюдение вторичного ливня частиц в нескольких детекторах одновременно является указанием на то, что все частицы произошли в результате этого события.

Космические лучи, воздействующие на другие планетные тела в Солнечной системе, обнаруживаются косвенно путем наблюдения за гамма-излучением высокой энергии с помощью гамма-телескопа. Они отличаются от процессов радиоактивного распада более высокими энергиями, превышающими примерно 10 МэВ.

Поток космических лучей

Обзор космической среды показывает связь между солнечной активностью и галактическими космическими лучами. [69]

Поток входящих космических лучей в верхней атмосфере зависит от солнечного ветра , магнитного поля Земли и энергии космических лучей. На расстоянии ≈94  а.е. от Солнца солнечный ветер претерпевает переход, называемый терминальной ударной волной , от сверхзвуковых к дозвуковым скоростям. Область между терминальной ударной волной и гелиопаузой действует как барьер для космических лучей, уменьшая поток при более низких энергиях (≤ 1 ГэВ) примерно на 90%. Однако сила солнечного ветра не постоянна, и, следовательно, было замечено, что поток космических лучей коррелирует с солнечной активностью.

Кроме того, магнитное поле Земли отклоняет космические лучи от своей поверхности, что приводит к наблюдению, что поток, по-видимому, зависит от широты , долготы и азимутального угла .

Совокупное воздействие всех упомянутых факторов способствует потоку космических лучей на поверхности Земли. Следующая таблица причастных частот достигает планеты [70] и выводится из низкоэнергетического излучения, достигающего земли. [71]

В прошлом считалось, что поток космических лучей оставался довольно постоянным с течением времени. Однако недавние исследования показывают, что за последние сорок тысяч лет поток космических лучей изменился в полтора-два раза по шкале тысячелетий. [72]

Величина энергии потока космических лучей в межзвездном пространстве весьма сопоставима с другими энергиями глубокого космоса: средняя плотность энергии космических лучей составляет около одного электрон-вольта на кубический сантиметр межзвездного пространства, или ≈1 эВ/см 3 , что сопоставимо с плотностью энергии видимого звездного света 0,3 эВ/см 3 , плотностью энергии галактического магнитного поля (предположительно 3 микрогаусса), которая составляет ≈0,25 эВ/см 3 , или плотностью энергии космического микроволнового фонового излучения (CMB) ≈0,25 эВ/см 3 . [73]

Методы обнаружения

Массив воздушных черенковских телескопов VERITAS .

Существует два основных класса методов обнаружения. Во-первых, прямое обнаружение первичных космических лучей в космосе или на большой высоте с помощью приборов, установленных на воздушных шарах. Во-вторых, косвенное обнаружение вторичных частиц, т. е. обширных атмосферных ливней с более высокими энергиями. Хотя были предложения и прототипы для обнаружения атмосферных ливней в космосе и на воздушных шарах, в настоящее время проводятся эксперименты по обнаружению высокоэнергетических космических лучей на земле. Обычно прямое обнаружение точнее косвенного. Однако поток космических лучей уменьшается с энергией, что затрудняет прямое обнаружение для диапазона энергий выше 1 ПэВ. Как прямое, так и косвенное обнаружение реализуется несколькими методами.

Прямое обнаружение

Прямое обнаружение возможно всеми типами детекторов частиц на МКС , спутниках или высотных аэростатах. Однако существуют ограничения по весу и размеру, ограничивающие выбор детекторов.

Примером метода прямого обнаружения является метод, основанный на ядерных треках, разработанный Робертом Флейшером, П. Буфордом Прайсом и Робертом М. Уокером для использования в высотных воздушных шарах. [74] В этом методе листы прозрачного пластика, например,  поликарбонат Lexan толщиной 0,25 мм , складываются вместе и подвергаются прямому воздействию космических лучей в космосе или на большой высоте. Ядерный заряд вызывает разрыв химических связей или ионизацию в пластике. В верхней части пластиковой стопки ионизация меньше из-за высокой скорости космических лучей. По мере того, как скорость космических лучей уменьшается из-за замедления в стопке, ионизация увеличивается вдоль пути. Полученные пластиковые листы «травятся» или медленно растворяются в теплом растворе едкого натра , который удаляет поверхностный материал с медленной, известной скоростью. Едкий натр растворяет пластик с более высокой скоростью вдоль пути ионизированного пластика. Конечным результатом является коническая ямка травления в пластике. Ямки травления измеряются под мощным микроскопом (обычно 1600-кратным масляным иммерсионным), а скорость травления отображается в виде графика в зависимости от глубины уложенного слоя пластика.

Этот метод позволяет получить уникальную кривую для каждого атомного ядра от 1 до 92, что позволяет идентифицировать как заряд, так и энергию космического луча, проходящего через пластиковую стопку. Чем обширнее ионизация вдоль пути, тем выше заряд. Помимо использования для обнаружения космических лучей, этот метод также используется для обнаружения ядер, созданных в результате ядерного деления .

Косвенное обнаружение

В настоящее время используется несколько наземных методов обнаружения космических лучей, которые можно разделить на две основные категории: обнаружение вторичных частиц, образующих широкие атмосферные ливни (ШАЛ), с помощью различных типов детекторов частиц и обнаружение электромагнитного излучения, испускаемого ШАЛ в атмосфере.

Обширные массивы атмосферных ливней, состоящие из детекторов частиц, измеряют заряженные частицы, которые проходят через них. Массивы EAS могут наблюдать обширную область неба и могут быть активны более 90% времени. Однако они в меньшей степени способны отделять фоновые эффекты от космических лучей, чем воздушные черенковские телескопы . Большинство современных массивов EAS используют пластиковые сцинтилляторы . Также вода (жидкая или замороженная) используется в качестве среды обнаружения, через которую проходят частицы и производят черенковское излучение , чтобы сделать их обнаруживаемыми. [75] Поэтому несколько массивов используют водо-ледяные черенковские детекторы в качестве альтернативы или в дополнение к сцинтилляторам. Благодаря комбинации нескольких детекторов некоторые массивы EAS обладают способностью отличать мюоны от более легких вторичных частиц (фотонов, электронов, позитронов). Доля мюонов среди вторичных частиц является одним из традиционных способов оценки массового состава первичных космических лучей.

Исторический метод обнаружения вторичных частиц, который до сих пор используется для демонстрационных целей, включает использование камер Вильсона [76] для обнаружения вторичных мюонов, образующихся при распаде пиона. Камеры Вильсона, в частности, могут быть построены из широко доступных материалов и могут быть построены даже в школьной лаборатории. Пятый метод, включающий пузырьковые камеры , может быть использован для обнаружения частиц космических лучей. [77]

Совсем недавно устройства CMOS в камерах смартфонов были предложены в качестве практической распределенной сети для обнаружения атмосферных ливней от космических лучей сверхвысокой энергии. [78] Первым приложением , использовавшим это предложение, стал эксперимент CRAYFIS (Cosmic RAYs Found in Smartphones). [79] [80] В 2017 году CREDO ( Cosmic-Ray Extremely Distributed Observatory ) Collaboration [81] выпустила первую версию своего полностью открытого исходного кода для устройств Android. С тех пор сотрудничество привлекло интерес и поддержку многих научных учреждений, образовательных учреждений и представителей общественности по всему миру. [82] Будущие исследования должны показать, в каких аспектах эта новая технология может конкурировать со специализированными массивами EAS.

Первый метод обнаружения во второй категории называется воздушным черенковским телескопом , разработанным для обнаружения низкоэнергетических (<200 ГэВ) космических лучей путем анализа их черенковского излучения , которое для космических лучей представляет собой гамма-лучи, испускаемые при движении со скоростью, превышающей скорость света в их среде, атмосфере. [83] Хотя эти телескопы чрезвычайно хороши в различении фонового излучения и излучения космического происхождения, они могут хорошо функционировать только в ясные ночи без сияния Луны, имеют очень малые поля зрения и активны только в течение нескольких процентов времени.

Второй метод обнаруживает свет от флуоресценции азота, вызванный возбуждением азота в атмосфере частицами, движущимися через атмосферу. Этот метод является наиболее точным для космических лучей при самых высоких энергиях, в частности, в сочетании с массивами детекторов частиц EAS. [84] Подобно обнаружению черенковского света, этот метод ограничен ясными ночами.

Другой метод обнаруживает радиоволны, испускаемые атмосферными ливнями. Эта техника имеет высокий рабочий цикл, аналогичный рабочему циклу детекторов частиц. Точность этой техники была улучшена в последние годы, как показали различные эксперименты с прототипами, и может стать альтернативой обнаружению атмосферного черенковского света и флуоресцентного света, по крайней мере, при высоких энергиях.

Эффекты

Изменения в химическом составе атмосферы

Космические лучи ионизируют молекулы азота и кислорода в атмосфере, что приводит к ряду химических реакций. Космические лучи также ответственны за непрерывное производство ряда нестабильных изотопов , таких как углерод-14 , в атмосфере Земли посредством реакции:

н + 14 Н → п + 14 С

Космические лучи поддерживали уровень углерода-14 [85] в атмосфере примерно постоянным (70 тонн) в течение по крайней мере последних 100 000 лет, [ необходима ссылка ] до начала наземных испытаний ядерного оружия в начале 1950-х годов. Этот факт используется в радиоуглеродном датировании .

Продукты реакции первичных космических лучей, период полураспада радиоизотопов и реакция образования

Роль в окружающей радиации

Космические лучи составляют часть годового воздействия радиации на людей на Земле, составляя в среднем 0,39  мЗв из общего количества 3  мЗв в год (13% от общего фона) для населения Земли. Однако фоновое излучение от космических лучей увеличивается с высотой, от 0,3  мЗв в год для районов на уровне моря до 1,0  мЗв в год для городов, расположенных выше уровня моря, что увеличивает воздействие космической радиации до четверти общего фонового воздействия радиации для населения этих городов. Экипажи авиакомпаний, летающие по дальним высокогорным маршрутам, могут подвергаться  дополнительному воздействию 2,2 мЗв каждый год из-за космических лучей, что почти удваивает их общее воздействие ионизирующего излучения.

Цифры относятся к периоду до ядерной катастрофы на Фукусиме-1 . Антропогенные значения НКДАР ООН взяты из Японского национального института радиологических наук, который обобщил данные НКДАР ООН.

Влияние на электронику

Космические лучи обладают достаточной энергией, чтобы изменить состояние компонентов схемы в электронных интегральных схемах , вызывая возникновение временных ошибок (таких как поврежденные данные в электронных запоминающих устройствах или некорректная работа процессоров ), часто называемых « мягкими ошибками ». Это было проблемой в электронике на чрезвычайно большой высоте, например, в спутниках , но с уменьшением размеров транзисторов это становится все более серьезной проблемой и в наземной электронике. [92] Исследования IBM , проведенные в 1990-х годах, показывают, что компьютеры обычно испытывают около одной ошибки, вызванной космическими лучами, на 256 мегабайт оперативной памяти в месяц. [93] Чтобы облегчить эту проблему, корпорация Intel предложила детектор космических лучей, который может быть интегрирован в будущие микропроцессоры высокой плотности , позволяя процессору повторять последнюю команду после события, вызванного космическими лучами. [94] Память ECC используется для защиты данных от повреждения данных, вызванного космическими лучами.

В 2008 году повреждение данных в системе управления полетом привело к тому, что самолет Airbus A330 дважды упал на сотни футов , что привело к травмам многих пассажиров и членов экипажа. Космические лучи были исследованы среди других возможных причин повреждения данных, но в конечном итоге были исключены как очень маловероятные. [95]

В августе 2020 года ученые сообщили, что ионизирующее излучение от радиоактивных материалов окружающей среды и космических лучей может существенно ограничить время когерентности кубитов, если они не защищены должным образом, что может иметь решающее значение для реализации отказоустойчивых сверхпроводящих квантовых компьютеров в будущем. [96] [97] [98]

Значение для аэрокосмических путешествий

Галактические космические лучи являются одним из самых важных барьеров, стоящих на пути планов межпланетных путешествий пилотируемых космических кораблей. Космические лучи также представляют угрозу для электроники, размещенной на борту отправляющихся зондов. В 2010 году неисправность на борту космического зонда Voyager 2 была приписана одному перевернутому биту , вероятно, вызванному космическими лучами. Такие стратегии, как физическое или магнитное экранирование космических кораблей, были рассмотрены для того, чтобы минимизировать ущерб, наносимый электронике и людям космическими лучами. [99] [100]

31 мая 2013 года ученые НАСА сообщили, что возможная пилотируемая миссия на Марс может быть связана с большим риском радиации, чем считалось ранее, на основании количества излучения энергичных частиц, обнаруженного RAD в Марсианской научной лаборатории во время путешествия с Земли на Марс в 2011–2012 годах. [101] [102] [103]

Сравнение доз радиации, включая количество, обнаруженное во время полета от Земли до Марса с помощью RAD на MSL (2011–2013). [101] [102] [103]

На высоте 12 километров (39 000 футов) пассажиры и экипажи реактивных авиалайнеров подвергаются воздействию, по крайней мере, в 10 раз большей дозы космических лучей, чем те, которые получают люди на уровне моря . Самолеты, летающие по полярным маршрутам вблизи геомагнитных полюсов, подвергаются особому риску. [104] [105] [106]

Роль в молнии

Космические лучи были вовлечены в инициирование электрического пробоя в молнии . Было высказано предположение, что по существу все молнии инициируются релятивистским процессом, или « убегающим пробоем », зародышем которого являются вторичные частицы космических лучей. Последующее развитие разряда молнии затем происходит посредством механизмов «обычного пробоя». [107]

Предполагаемая роль в изменении климата

Роль космических лучей в климате была предложена Эдвардом П. Неем в 1959 году [108] и Робертом Э. Дикинсоном в 1975 году. [109] Было высказано предположение, что космические лучи могли быть ответственны за крупные климатические изменения и массовые вымирания в прошлом. По словам Эдриана Меллотта и Михаила Медведева, 62-миллионные циклы в биологических морских популяциях коррелируют с движением Земли относительно галактической плоскости и увеличением воздействия космических лучей. [110] Исследователи предполагают, что это и гамма-лучевые бомбардировки, происходящие от местных сверхновых, могли повлиять на рак и скорость мутаций , и могут быть связаны с решающими изменениями в климате Земли и с массовыми вымираниями ордовика . [111] [112]

Датский физик Хенрик Свенсмарк спорно утверждал, что, поскольку солнечные вариации модулируют поток космических лучей на Земле, это, следовательно, повлияет на скорость образования облаков и, следовательно, будет косвенной причиной глобального потепления . [113] [114] Свенсмарк является одним из нескольких ученых, открыто выступающих против общепринятой научной оценки глобального потепления, что приводит к опасениям, что предположение о том, что космические лучи связаны с глобальным потеплением, может быть идеологически предвзятым, а не научно обоснованным. [115] Другие ученые решительно критиковали Свенсмарка за небрежную и непоследовательную работу: одним из примеров является корректировка данных об облаках, которая занижает ошибку в данных о нижних облаках, но не в данных о верхних облаках; [116] другим примером является «неправильная обработка физических данных», приводящая к графикам, которые не показывают корреляции, которые они якобы показывают. [117] Несмотря на утверждения Свенсмарка, галактические космические лучи не оказали статистически значимого влияния на изменения облачного покрова, [118] и, как показали исследования, не имеют причинно-следственной связи с изменениями глобальной температуры. [119]

Возможный фактор массового вымирания

Несколько исследований пришли к выводу, что близлежащая сверхновая или серия сверхновых вызвала вымирание морской мегафауны плиоцена , существенно увеличив уровень радиации до опасного для крупных морских животных. [120] [121] [122]

Исследования и эксперименты

Существует ряд инициатив по исследованию космических лучей, перечисленных ниже.

Наземного базирования

Спутник

Воздушный шар

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Шарма, Шатендра (2008). Атомная и ядерная физика . Pearson Education India. стр. 478. ISBN 978-81-317-1924-4.
  2. ^ «Обнаружение космических лучей из далекой-далекой галактики». Science Daily . 21 сентября 2017 г. Получено 26 декабря 2017 г.
  3. ^ abcd "Нобелевская премия по физике 1936 года – Речь на вручении". Nobelprize.org. 10 декабря 1936 г. Получено 27 февраля 2013 г.
  4. ^ Cilek, Vaclav, ed. (2009). "Космические влияния на Землю". Earth System: History and Natural Variability . Vol. I. Eolss Publishers. p. 165. ISBN 978-1-84826-104-4.
  5. ^ ab Ackermann, M.; Ajello, M.; Allafort, A.; Baldini, L.; Ballet, J.; Barbiellini, G.; et al. (15 февраля 2013 г.). «Обнаружение характерной сигнатуры распада пиона в остатках сверхновых». Science . 339 (6424): 807–811. arXiv : 1302.3307 . Bibcode :2013Sci...339..807A. doi :10.1126/science.1231160. PMID  23413352. S2CID  29815601.
  6. ^ ab Pinholster, Ginger (13 февраля 2013 г.). «Доказательства показывают, что космические лучи исходят от взрывающихся звезд» (пресс-релиз). Вашингтон, округ Колумбия: Американская ассоциация содействия развитию науки .
  7. ^ Абрамовски, А. и др. (HESS Collaboration) (2016). «Ускорение петаэлектронвольтных протонов в галактическом центре». Nature . 531 (7595): 476–479. arXiv : 1603.07730 . Bibcode :2016Natur.531..476H. doi :10.1038/nature17147. PMID  26982725. S2CID  4461199.
  8. ^ Аартсен, Марк и др. (IceCube Collaboration) (12 июля 2018 г.). «Нейтринное излучение из направления блазара TXS 0506+056 до оповещения IceCube-170922A». Science . 361 (6398): 147–151. arXiv : 1807.08794 . Bibcode :2018Sci...361..147I. doi :10.1126/science.aat2890. ISSN  0036-8075. PMID  30002248. S2CID  133261745.
  9. ^ Кристиан, Эрик. «Являются ли космические лучи электромагнитным излучением?». NASA. Архивировано из оригинала 31 мая 2000 года . Получено 11 декабря 2012 года .
  10. ^ ab "Что такое космические лучи?". Goddard Space Flight Center. NASA. Архивировано из оригинала 28 октября 2012 года . Получено 31 октября 2012 года ."зеркальная копия, также архивирована". Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года.
  11. ^ Дембински, Х.; и др. (2018). "Управляемая данными модель потока космических лучей и массового состава от 10 ГэВ до 10^11 ГэВ". Proceedings of Science . ICRC2017: 533. arXiv : 1711.11432 . doi : 10.22323/1.301.0533 . S2CID  85540966.
  12. ^ "Космические лучи". Goddard Space Flight Center. imagine.gsfc.nasa.gov . Science Toolbox. National Aeronautics and Space Administration . Получено 23 марта 2019 г. .
  13. ^ Резник, Брайан (25 июля 2019 г.). «На нас обрушиваются чрезвычайно мощные космические лучи. Никто не знает, откуда они берутся». Vox Media . Получено 14 декабря 2022 г.
  14. ^ Sovilj MP, Vuković B, Stanić D (2020). «Потенциальная выгода ретроспективного использования нейтронных мониторов для улучшения оценки воздействия ионизирующего излучения на международных рейсах: вопросы, поднятые измерениями пассивного нейтронного дозиметра и моделированием EPCARD во время внезапных изменений солнечной активности». Архив За Хигижену Рада И Токсикологию . 71 (2): 152–157. doi :10.2478/aiht-2020-71-3403. PMC 7968484. PMID  32975102 . 
  15. ^ ЦЕРН https://home.cern/science/physics/cosmic-rays-particles-outer-space
  16. ^ Нерлих, Стив (12 июня 2011 г.). «Астрономия без телескопа – частицы „О, Боже“». Universe Today . Получено 17 февраля 2013 г.
  17. ^ "LHC: The guide". Большой адронный коллайдер . FAQ: Факты и цифры. Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН). 2021. стр. 3. Получено 9 октября 2022 г.
  18. ^ Gaensler, Brian (ноябрь 2011). "Экстремальная скорость". COSMOS . № 41. Архивировано из оригинала 7 апреля 2013 года.
  19. ^ Anchordoqui, L.; Paul, T.; Reucroft, S.; Swain, J. (2003). «Космические лучи сверхвысокой энергии: современное состояние до появления обсерватории Оже». International Journal of Modern Physics A . 18 (13): 2229–2366. arXiv : hep-ph/0206072 . Bibcode :2003IJMPA..18.2229A. doi :10.1142/S0217751X03013879. S2CID  119407673.
  20. ^ Nave, Carl R. (ред.). "Космические лучи". Физический и астрономический факультет. HyperPhysics . Университет штата Джорджия . Получено 17 февраля 2013 г.
  21. ^ Малли, Марджори С. (25 августа 2011 г.). Радиоактивность: История таинственной науки. Oxford University Press. стр. 78–79. ISBN 9780199766413.
  22. ↑ Норт, Джон (15 июля 2008 г.). Космос: иллюстрированная история астрономии и космологии. Издательство Чикагского университета. стр. 686. ISBN 9780226594415.
  23. ^ Вульф, Теодор (1910). «Beobachtungen über die Strahlung hoher Durchdringungsfähigkeit auf dem Eiffelturm» [Наблюдения радиации высокой проникающей способности на Эйфелевой башне]. Physikalische Zeitschrift (на немецком языке). 11 : 811–813.
  24. ^ Пачини, Д. (1912). «Проникновение поверхностного излучения в сено все достигнуто». Иль Нуово Чименто . 3 (1): 93–100. arXiv : 1002.1810 . Бибкод : 1912NCim....3...93P. дои : 10.1007/BF02957440. S2CID  118487938.: Переведено с комментариями в de Angelis, A. (2010). «Проникающее излучение на поверхности и в воде». Il Nuovo Cimento . 3 (1): 93–100. arXiv : 1002.1810 . Bibcode :1912NCim....3...93P. doi :10.1007/BF02957440. S2CID  118487938.
  25. ^ Гесс, В.Ф. (1912). «Über Beobachtungen der durchdringenden Strahlung bei sieben Freiballonfahrten» [О наблюдениях проникающей радиации во время семи полетов на свободном воздушном шаре]. Physikalische Zeitschrift (на немецком языке). 13 : 1084–1091. arXiv : 1808.02927 .
  26. ^ Кольхёрстер, Вернер (1913). «Messungen der durchdringenden Strahlung im Freiballon in größeren Höhen» [Измерения проникающей радиации в свободном воздушном шаре на больших высотах]. Physikalische Zeitschrift (на немецком языке). 14 : 1153–1156.
  27. ^ Кольхёрстер, В. (1914). «Messungen der durchdringenden Strahlungen bis в Хёэне на высоте 9300 м». Измерения проникающей радиации до высот 9300 м. Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (на немецком языке). 16 : 719–721.
  28. ^ Гесс, В. Ф. (1936). "Нобелевская премия по физике 1936 года". Нобелевский фонд . Получено 11 февраля 2010 г.
  29. ^ Гесс, В. Ф. (1936). «Нерешенные проблемы физики: задачи ближайшего будущего в исследованиях космических лучей». Нобелевские лекции. Нобелевский фонд . Получено 11 февраля 2010 г.
  30. ^ Росси, Бруно Бенедетто (1964). Космические лучи . Нью-Йорк: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-053890-0.
  31. ^ Гейгер, Х.; Резерфорд, Лорд; Регенер, Э.; Линдеманн, ФА; Уилсон, К. Т. Р.; Чедвик, Дж.; и др. (1931). «Обсуждение ультрапроникающих лучей». Труды Лондонского королевского общества A. 132 ( 819): 331. Bibcode : 1931RSPSA.132..331G. doi : 10.1098/rspa.1931.0104 .
  32. ^ Клэй, Дж. (1927). «Проникающая радиация» (PDF) . Труды секции наук Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam . 30 (9–10): 1115–1127. Архивировано (PDF) из оригинала 6 февраля 2016 года.
  33. ^ Боте, Вальтер; Вернер Кольхёрстер (ноябрь 1929 г.). «Das Wesen der Höhenstrahlung». Zeitschrift für Physik . 56 (11–12): 751–777. Бибкод : 1929ZPhy...56..751B. дои : 10.1007/BF01340137. S2CID  123901197.
  34. ↑ Росси, Бруно (август 1930 г.). «О магнитном отклонении космических лучей». Physical Review . 36 (3): 606. Bibcode : 1930PhRv...36..606R. doi : 10.1103/PhysRev.36.606.
  35. ^ Джонсон, Томас Х. (май 1933 г.). «Азимутальная асимметрия космического излучения». Physical Review . 43 (10): 834–835. Bibcode : 1933PhRv...43..834J. doi : 10.1103/PhysRev.43.834.
  36. ^ Альварес, Луис; Комптон, Артур Холли (май 1933 г.). «Положительно заряженный компонент космических лучей». Physical Review . 43 (10): 835–836. Bibcode :1933PhRv...43..835A. doi :10.1103/PhysRev.43.835.
  37. ↑ Росси, Бруно (май 1934 г.). «Направленные измерения космических лучей вблизи геомагнитного экватора». Physical Review . 45 (3): 212–214. Bibcode :1934PhRv...45..212R. doi :10.1103/PhysRev.45.212.
  38. ^ Фрайер, Филлис; Лофгрен, Э.; Ней, Э.; Оппенгеймер, Ф.; Брадт, Х.; Петерс, Б.; и др. (июль 1948 г.). «Доказательства наличия тяжелых ядер в первичном космическом излучении». Physical Review . 74 (2): 213–217. Bibcode :1948PhRv...74..213F. doi :10.1103/PhysRev.74.213.
  39. ^ Фрайер, Филлис; Петерс, Б.; и др. (декабрь 1948 г.). «Исследование первичного космического излучения с помощью ядерных фотографических эмульсий». Physical Review . 74 (12): 1828–1837. Bibcode :1948PhRv...74.1828B. doi :10.1103/PhysRev.74.1828.
  40. ^ Росси, Бруно (1934). «Миссури по ангольскому распределению интенсивности проникающего излучения по всей Асмэре». Рицерка Сайентиа . 5 (1): 579–589.
  41. ↑ Auger, P. и др. (июль 1939 г.), «Обширные ливни космических лучей», Reviews of Modern Physics , 11 (3–4): 288–291, Bibcode : 1939RvMP...11..288A, doi : 10.1103/RevModPhys.11.288.
  42. ^ JL DuBois; RP Multhauf; CA Ziegler (2002). Изобретение и развитие радиозонда (PDF) . Smithsonian Studies in History and Technology. Том 53. Smithsonian Institution Press . Архивировано (PDF) из оригинала 5 июня 2011 г.
  43. ^ S. Vernoff (1935). "Радиопередача данных космических лучей из стратосферы". Nature . 135 (3426): 1072–1073. Bibcode :1935Natur.135.1072V. doi :10.1038/1351072c0. S2CID  4132258.
  44. ^ Bhabha, HJ; Heitler, W. (1937). "The Passage of Fast Electrons and the Theory of Cosmic Showers" (PDF) . Труды Королевского общества A: Математические, физические и инженерные науки . 159 (898): 432–458. Bibcode :1937RSPSA.159..432B. doi : 10.1098/rspa.1937.0082 . ISSN  1364-5021. Архивировано (PDF) из оригинала 2 января 2016 г.
  45. ^ Брауншвейг, В.; и др. (1988). «Исследование рассеяния Бабы при энергиях PETRA». Zeitschrift für Physik C. 37 (2): 171–177. дои : 10.1007/BF01579904. S2CID  121904361.
  46. ^ Кларк, Г.; Эрл, Дж.; Краушар, В.; Линсли, Дж.; Росси, Б.; Шерб, Ф.; Скотт, Д. (1961). «Космические воздушные ливни на уровне моря». Physical Review . 122 (2): 637–654. Bibcode :1961PhRv..122..637C. doi :10.1103/PhysRev.122.637.
  47. ^ "Обсерватория Пьера Оже". Проект Оже. Архивировано из оригинала 3 сентября 2018 года.
  48. ^ Kraushaar, WL; et al. (1972). "(нет)". The Astrophysical Journal . 177 : 341. Bibcode : 1972ApJ...177..341K. doi : 10.1086/151713 .
  49. ^ Baade, W.; Zwicky, F. (1934). «Космические лучи от сверхновых». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 20 (5): 259–263. Bibcode :1934PNAS...20..259B. doi : 10.1073/pnas.20.5.259 . JSTOR  86841. PMC 1076396 . PMID  16587882. 
  50. ^ Бабкок, Х. (1948). «Магнитно-переменные звезды как источники космических лучей». Physical Review . 74 (4): 489. Bibcode : 1948PhRv...74..489B. doi : 10.1103/PhysRev.74.489.
  51. ^ Секидо, Y.; Масуда, T.; Ёсида, S.; Вада, M. (1951). «Крабовидная туманность как наблюдаемый точечный источник космических лучей». Physical Review . 83 (3): 658–659. Bibcode :1951PhRv...83..658S. doi :10.1103/PhysRev.83.658.2.
  52. ^ Гибб, Мередит (3 февраля 2010 г.). «Космические лучи». Представьте себе Вселенную . NASA Goddard Space Flight Center . Получено 17 марта 2013 г.
  53. ^ Hague, JD (июль 2009 г.). «Корреляция космических лучей с наивысшей энергией и близлежащими внегалактическими объектами в данных обсерватории Пьера Оже» (PDF) . Труды 31-го Международного комитета Красного Креста, Лодзь 2009 г. Международная конференция по космическим лучам. Лодзь, Польша. стр. 6–9. Архивировано из оригинала (PDF) 28 мая 2013 г. . Получено 17 марта 2013 г. .
  54. ^ Hague, JD (июль 2009 г.). «Корреляция космических лучей с самой высокой энергией и близлежащими внегалактическими объектами в данных обсерватории Пьера Оже» (PDF) . Труды 31-й Международной конференции по космическим лучам, Лодзь, Польша 2009 г .: 36–39. Архивировано из оригинала (PDF) 28 мая 2013 г. . Получено 17 марта 2013 г. .
  55. ^ Московиц, Клара (25 июня 2009 г.). «Источник космических лучей обнаружен». Space.com . Tech Media Network . Получено 20 марта 2013 г. .
  56. ^ Адриани, О.; Барбарино, GC; Базилевская, Г.А.; Беллотти, Р.; Боэзио, М.; Богомолов Е.А.; и др. (2011). «Измерения PAMELA спектров протонов и гелия космических лучей». Наука . 332 (6025): 69–72. arXiv : 1103.4055 . Бибкод : 2011Sci...332...69A. дои : 10.1126/science.1199172. hdl : 2108/55474. PMID  21385721. S2CID  1234739.
  57. ^ Джа, Алок (14 февраля 2013 г.). «Загадка космических лучей раскрыта». The Guardian . Лондон, Великобритания: Guardian News and Media Ltd. Получено 21 марта 2013 г.
  58. ^ Сотрудничество Пьера Оже; Ааб, А.; Абреу, П.; Аглиетта, М.; Аль Самарай, И.; Альбукерке, IFM; Аллекотт, И.; Алмела, А.; Альварес Кастильо, Дж.; Альварес-Муньис, Дж.; Анастази, Джорджия; Анкордоки, Л.; Андрада, Б.; Андринга, С.; Арамо, К.; Аркерос, Ф.; Арсен, Н.; Асори, Х.; Ассис, П.; Облин, Дж.; Авила, Г.; Бадеску, AM; Балачану, А.; Барбато, Ф.; Баррейра Луз, RJ; Битти, Джей-Джей; Беккер, К.Х.; Беллидо, Дж.А.; Берат, К.; и др. (Коллаборация Пьера Оже) (2017). «Наблюдение крупномасштабной анизотропии в направлениях прибытия космических лучей выше 8×10 18  эВ». Science . 357 (6357): 1266–1270. arXiv : 1709.07321 . Bibcode :2017Sci...357.1266P. doi :10.1126 /science.aan4338. PMID  28935800. S2CID  3679232.
  59. ^ Мевальдт, Ричард А. (1996). «Космические лучи». Калифорнийский технологический институт . Архивировано из оригинала 30 августа 2009 года . Получено 26 декабря 2012 года .
  60. ^ Кох, Л.; Энгельманн, Дж. Дж.; Горет, П.; Юлиуссон, Э.; Петру, Н.; Рио, И.; Сотул, А.; Бирнак, Б.; Лунд, Н.; Петерс, Б. (октябрь 1981 г.). "Относительное содержание элементов скандия и марганца в релятивистских космических лучах и возможный радиоактивный распад марганца 54". Астрономия и астрофизика . 102 (11): L9. Bibcode : 1981A&A...102L...9K.
  61. ^ Accardo, L.; et al. (AMS Collaboration) (18 сентября 2014 г.). "Высокостатистическое измерение доли позитронов в первичных космических лучах 0,5–500 ГэВ с помощью альфа-магнитного спектрометра на Международной космической станции" (PDF) . Physical Review Letters . 113 (12): 121101. Bibcode :2014PhRvL.113l1101A. doi : 10.1103/PhysRevLett.113.121101 . PMID  25279616. Архивировано (PDF) из оригинала 17 октября 2014 г.
  62. ^ Ширбер, Майкл (2014). «Синопсис: Еще больше намеков на темную материю из космических лучей?». Physical Review Letters . 113 (12): 121102. arXiv : 1701.07305 . Bibcode : 2014PhRvL.113l1102A. doi : 10.1103/PhysRevLett.113.121102. hdl : 1721.1/90426. PMID  25279617. S2CID  2585508.
  63. ^ "Новые результаты альфа-магнитного спектрометра на Международной космической станции" (PDF) . AMS-02 в NASA . Архивировано (PDF) из оригинала 23 сентября 2014 г. . Получено 21 сентября 2014 г. .
  64. ^ Aguilar, M.; Alberti, G.; Alpat, B.; Alvino, A.; Ambrosi, G.; Andeen, K.; et al. (2013). "First result from the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station: Precision measurement of the positron equity in primary cosmic rays of 0.5–350 GeV" (PDF) . Physical Review Letters . 110 (14): 141102. Bibcode :2013PhRvL.110n1102A. doi : 10.1103/PhysRevLett.110.141102 . PMID  25166975. Архивировано (PDF) из оригинала 13 августа 2017 г.
  65. ^ Москаленко, ИВ; Стронг, AW; Ормс, Дж. Ф.; Потгитер, М.С. (январь 2002 г.). «Вторичные антипротоны и распространение космических лучей в Галактике и гелиосфере». Астрофизический журнал . 565 (1): 280–296. arXiv : astro-ph/0106567 . Бибкод : 2002ApJ...565..280M. дои : 10.1086/324402. S2CID  5863020.
  66. ^ Aguilar, M.; Alcaraz, J.; Allaby, J.; Alpat, B.; Ambrosi, G.; Anderhub, H.; et al. (Сотрудничество с AMS) (август 2002 г.). «Альфа-магнитный спектрометр (AMS) на Международной космической станции: часть I – Результаты испытательного полета на космическом челноке». Physics Reports . 366 (6): 331–405. Bibcode :2002PhR...366..331A. doi :10.1016/S0370-1573(02)00013-3. hdl :2078.1/72661. S2CID  122726107.
  67. ^ "EGRET обнаружение гамма-лучей с Луны". GSFC . NASA. 1 августа 2005 г. Получено 11 февраля 2010 г.
  68. ^ Морисон, Ян (2008). Введение в астрономию и космологию . John Wiley & Sons. стр. 198. Bibcode :2008iac..book.....M. ISBN 978-0-470-03333-3.
  69. ^ "Экстремальные космические погодные явления". Национальный центр геофизических данных . Архивировано из оригинала 22 мая 2012 года . Получено 19 апреля 2012 года .
  70. ^ "How many?". Auger.org . Космические лучи. Обсерватория Пьера Оже. Архивировано из оригинала 12 октября 2012 года . Получено 17 августа 2012 года .
  71. ^ "Тайна высокоэнергетических космических лучей". Auger.org . Обсерватория Пьера Оже. Архивировано из оригинала 8 марта 2021 г. Получено 15 июля 2015 г.
  72. ^ Lal, D.; Jull, AJT; Pollard, D.; Vacher, L. (2005). «Доказательства крупных вековых изменений в солнечной активности за последние 32 тыс. лет на основе in-situ космогенного 14 C во льду в Саммите, Гренландия». Earth and Planetary Science Letters . 234 (3–4): 335–349. Bibcode : 2005E&PSL.234..335L. doi : 10.1016/j.epsl.2005.02.011.
  73. ^ Кастеллина, Антонелла; Донато, Фиоренца (2012). «Астрофизика галактических заряженных космических лучей». В Oswalt, TD; McLean, IS; Bond, HE; ​​French, L.; Kalas, P.; Barstow, M.; Gilmore, GF; Keel, W. (ред.). Планеты, звезды и звездные системы (1-е изд.). Springer. ISBN 978-90-481-8817-8.
  74. ^ RL Fleischer; PB Price; RM Walker (1975). Ядерные треки в твердых телах: принципы и приложения . Издательство Калифорнийского университета .
  75. ^ "Что такое космические лучи?" (PDF) . Национальная сверхпроводящая циклотронная лаборатория Мичиганского государственного университета. Архивировано из оригинала (PDF) 12 июля 2012 года . Получено 23 февраля 2013 года .
  76. ^ "Камеры Вильсона и космические лучи: план урока и лабораторная работа для класса естественных наук в средней школе" (PDF) . Лаборатория физики элементарных частиц Корнелльского университета . 2006. Архивировано (PDF) из оригинала 6 июня 2013 года . Получено 23 февраля 2013 года .
  77. ^ Чу, В.; Ким, И.; Бим, В.; Квак, Н. (1970). «Доказательства наличия кварка в пузырьковой камере с высокоэнергетическими космическими лучами». Physical Review Letters . 24 (16): 917–923. Bibcode : 1970PhRvL..24..917C. doi : 10.1103/PhysRevLett.24.917.
  78. ^ Тиммер, Джон (13 октября 2014 г.). «Космический ливень частиц? Для этого есть приложение». Ars Technica .
  79. ↑ Сайт сотрудничества Архивировано 14 октября 2014 г. на Wayback Machine
  80. ^ CRAYFIS detector array paper. Архивировано 14 октября 2014 в Wayback Machine
  81. ^ "КРЕДО". кредо.наука .
  82. ^ "Первый свет CREDO: глобальный детектор частиц начинает сбор научных данных". EurekAlert! .
  83. ^ "Обнаружение космических лучей". Гамма-обсерватория Милагро . Национальная лаборатория Лос-Аламоса. 3 апреля 2002 г. Архивировано из оригинала 5 марта 2013 г. Получено 22 февраля 2013 г.
  84. ^ Летессье-Селвон, Антуан; Станев, Тодор (2011). «Космические лучи сверхвысокой энергии». Reviews of Modern Physics . 83 (3): 907–942. arXiv : 1103.0031 . Bibcode :2011RvMP...83..907L. doi :10.1103/RevModPhys.83.907. S2CID  119237295.
  85. ^ Трамбор, Сьюзен (2000). JS Noller; JM Sowers; WR Lettis (ред.). Четвертичная геохронология: методы и приложения. Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз. стр. 41–59. ISBN 978-0-87590-950-9. Архивировано из оригинала 21 мая 2013 . Получено 28 октября 2011 .
  86. ^ "Natürliche, durch kosmische Strahlung laufend erzeugte Radionuklide" (PDF) (на немецком языке). Архивировано из оригинала (PDF) 3 февраля 2010 года . Проверено 11 февраля 2010 г.
  87. ^ НКДАР ООН "Источники и эффекты ионизирующего излучения" страница 339 получено 29 июня 2011 г.
  88. ^ Отчет Японии NIRS UNSCEAR 2008, страница 8, получено 29 июня 2011 г.
  89. ^ Princeton.edu "Фоновое излучение" Архивировано 9 июня 2011 г. на Wayback Machine , получено 29 июня 2011 г.
  90. ^ Департамент здравоохранения штата Вашингтон "Фоновое излучение" Архивировано 2 мая 2012 г. на Wayback Machine , получено 29 июня 2011 г.
  91. ↑ Министерство образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии «Радиация в окружающей среде». Архивировано 22 марта 2011 г. на Wayback Machine, получено 29 июня 2011 г.
  92. ^ "Эксперименты IBM по мягким ошибкам в компьютерной электронике (1978–1994)". В "Terrestrial cosmic rays and soft errors", IBM Journal of Research and Development , Vol. 40, No. 1, 1996. Получено 16 апреля 2008 г.
  93. ↑ Scientific American (21 июля 2008 г.). «Солнечные бури: краткие факты». Nature Publishing Group .
  94. ^ "Intel планирует бороться с угрозой космических лучей". BBC News , 8 апреля 2008 г. Получено 16 апреля 2008 г.
  95. ^ «Сбой в полете, 154 км к западу от Лермонта, Западная Австралия, 7 октября 2008 г., VH-QPA, Airbus A330-303» Архивировано 5 мая 2022 г. на Wayback Machine (2011). Австралийское бюро безопасности на транспорте.
  96. ^ "Квантовые компьютеры могут быть уничтожены высокоэнергетическими частицами из космоса". New Scientist . Получено 7 сентября 2020 г.
  97. ^ "Космические лучи вскоре могут помешать квантовым вычислениям". phys.org . Получено 7 сентября 2020 г. .
  98. ^ Вепсяляйнен, Антти П.; Карамлу, Амир Х.; Оррелл, Джон Л.; Догра, Акшунна С.; Лоер, Бен; Васконселос, Франциска; Ким, Дэвид К.; Мелвилл, Александр Дж.; Недзельски, Бетани М.; Йодер, Джонилин Л.; Густавссон, Саймон; Формаджо, Джозеф А.; ВанДевендер, Брент А.; Оливер, Уильям Д. (август 2020 г.). «Влияние ионизирующего излучения на когерентность сверхпроводящих кубитов». Природа . 584 (7822): 551–556. arXiv : 2001.09190 . Бибкод : 2020Natur.584..551V. doi :10.1038/s41586-020-2619-8. ISSN  1476-4687. PMID  32848227. S2CID  210920566 . Получено 7 сентября 2020 г. .
  99. ^ Globus, Al (10 июля 2002 г.). «Приложение E: Массовая защита». Космические поселения: исследование дизайна . NASA. Архивировано из оригинала 31 мая 2010 г. Получено 24 февраля 2013 г.
  100. ^ Аткинсон, Нэнси (24 января 2005 г.). «Магнитное экранирование космических аппаратов». The Space Review . Получено 24 февраля 2013 г.
  101. ^ ab Kerr, Richard (31 мая 2013 г.). «Радиация сделает путешествие астронавтов на Марс еще более рискованным». Science . 340 (6136): 1031. Bibcode :2013Sci...340.1031K. doi :10.1126/science.340.6136.1031. PMID  23723213.
  102. ^ ab Zeitlin, C.; Hassler, DM; Cucinotta, FA; Ehresmann, B.; Wimmer-Schweingruber, RF; Brinza, DE; Kang, S.; Weigle, G.; et al. (31 мая 2013 г.). «Измерения излучения энергичных частиц при транзите на Марс в Марсианской научной лаборатории». Science . 340 (6136): 1080–1084. Bibcode :2013Sci...340.1080Z. doi :10.1126/science.1235989. PMID  23723233. S2CID  604569.
  103. ^ ab Chang, Kenneth (30 мая 2013 г.). «Данные указывают на риск радиации для путешественников на Марс». The New York Times . Получено 31 мая 2013 г.
  104. ^ Филлипс, Тони (25 октября 2013 г.). «Влияние космической погоды на авиацию». Science News . NASA. Архивировано из оригинала 28 сентября 2019 г. Получено 12 июля 2017 г.
  105. ^ «Преобразование космических лучей в звук во время трансатлантического перелета в Цюрих» на YouTube
  106. ^ "NAIRAS Доза радиации в реальном времени". sol.spacenvironment.net .
  107. ^ «Прорыв на дистанции и тайны молнии», Physics Today , май 2005 г.
  108. ↑ Ney, Edward P. (14 февраля 1959 г.). «Космическая радиация и погода». Nature . 183 (4659): 451–452. Bibcode :1959Natur.183..451N. doi :10.1038/183451a0. S2CID  4157226.
  109. ^ Дикинсон, Роберт Э. (декабрь 1975 г.). «Солнечная изменчивость и нижняя атмосфера». Бюллетень Американского метеорологического общества . 56 (12): 1240–1248. Bibcode :1975BAMS...56.1240D. doi : 10.1175/1520-0477(1975)056<1240:SVATLA>2.0.CO;2 .
  110. ^ «Древние массовые вымирания, вызванные космической радиацией, говорят ученые». National Geographic . 2007. Архивировано из оригинала 23 апреля 2007 года.
  111. ^ Мелотт, AL; Томас, BC (2009). «Позднеордовикские географические закономерности вымирания в сравнении с моделированием повреждений астрофизическим ионизирующим излучением». Палеобиология . 35 (3): 311–320. arXiv : 0809.0899 . Bibcode : 2009Pbio...35..311M. doi : 10.1666/0094-8373-35.3.311. S2CID  11942132.
  112. ^ «Влиял ли взрыв сверхновой на массовое вымирание на Земле?». Space.com . 11 июля 2016 г.
  113. ↑ Лонг, Мэрион (25 июня 2007 г.). «Сдвиги Солнца могут вызвать глобальное потепление». Discover . Получено 7 июля 2013 г.
  114. ^ Свенсмарк, Хенрик (1998). «Влияние космических лучей на климат Земли» (PDF) . Physical Review Letters . 81 (22): 5027–5030. Bibcode :1998PhRvL..81.5027S. CiteSeerX 10.1.1.522.585 . doi :10.1103/PhysRevLett.81.5027. Архивировано (PDF) из оригинала 9 августа 2017 г. 
  115. ^ Plait, Phil (31 августа 2011 г.). «Нет, новое исследование не показывает, что космические лучи связаны с глобальным потеплением». Discover . Kalmbach. Архивировано из оригинала 12 января 2018 г. . Получено 11 января 2018 г. .
  116. ^ Бенестад, Расмус Э. (9 марта 2007 г.). «Космоклиматология» – надоевшие старые аргументы в новой одежде» . Получено 13 ноября 2013 г.
  117. ^ Питер Лаут, «Солнечная активность и земной климат: анализ некоторых предполагаемых корреляций», Журнал атмосферной и солнечно-земной физики 65 (2003) 801–812
  118. ^ Локвуд, Майк (16 мая 2012 г.). «Влияние Солнца на глобальный и региональный климат». Surveys in Geophysics . 33 (3–4): 503–534. Bibcode : 2012SGeo...33..503L. doi : 10.1007/s10712-012-9181-3 .
  119. ^ Слоан, Т.; Вольфендейл, AW (7 ноября 2013 г.). «Космические лучи, солнечная активность и климат». Environmental Research Letters . 8 (4): 045022. Bibcode : 2013ERL.....8d5022S. doi : 10.1088/1748-9326/8/4/045022 .
  120. ^ Мелотт, Адриан Л.; Мариньо, Ф.; Паулуччи, Л. (2019). «Доза мюонного излучения и вымирание морской мегафауны в конце плиоценовой сверхновой». Астробиология . 19 (6): 825–830. arXiv : 1712.09367 . doi : 10.1089/ast.2018.1902. PMID  30481053. S2CID  33930965.
  121. ^ Бенитес, Нарцисо и др. (2002). «Свидетельства взрывов сверхновых поблизости». Physical Review Letters . 88 (8): 081101. arXiv : astro-ph/0201018 . Bibcode : 2002PhRvL..88h1101B. doi : 10.1103/PhysRevLett.88.081101. PMID  11863949. S2CID  41229823.
  122. ^ Fimiani, L.; Cook, DL; Faestermann, T.; Gómez-Guzmán, JM; Hain, K.; Herzog, G.; Knie, K.; Korschinek, G.; Ludwig, P.; Park, J.; Reedy, RC; Rugel, G. (2016). "Interstellar 60Fe on the Surface of the Moon". Physical Review Letters . 116 (15): 151104. Bibcode : 2016PhRvL.116o1104F. doi : 10.1103/PhysRevLett.116.151104. PMID  27127953.

Дополнительные ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Космические лучи» .
В Викицитатнике есть цитаты, связанные с космическими лучами .